JPH0686774B2 - 構造物の可変曲げ剛性装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は制震構造物に用いられる可変曲げ剛性装置に
関するもので、構造物に入力する地震、風等の外力に応
じて架構、特に柱の伸縮剛性を変化させ、地震等に対処
させるものであり、いわゆるペンシルビルや鉄塔等、主
として構造物の曲げ変形の卓越する細高い構造物の制振
に適する。

〔従来の技術〕

従来、高層建築や重要構造物等の耐震設計においては地
震時の地盤の動きや建物の応答を計算し、安全制をチエ
ックする動的設計が行われている。

耐震の方法としては建物と基礎の間に積層ゴム支承やダ
ンパーを介在させた免震構法あるいは減震構法、建物構
成部材のうち、非主要部材の破壊により地震エネルギー
を消費させる方法、壁あるいは柱等にスリットを設け、
建物を最適の剛性に調整する方法等がある。

ところで、現行の耐震設計手法により設計された建物の
地震時における安全性の確認は、構造物の塑性化を伴な
う履歴特性による吸収エネルギーが構造物に作用する地
震エネルギーを上回るという基本思想によるが、これに
は履歴ループ特性に対する信頼性の問題がある。

また、従来の方法はいずれも地震や風等の自然外力に対
し、受身の耐震構造を与えるものであり、建物が特定の
固有振動数を有するため地震という不確定な入力に対
し、共振現象を避けて通ることはできない。

これに対し、出願人は特願昭61-112026号（特開昭62-26
8479号公報参照）において、上述のような受身の耐震方
法でなく、感知した地震動に基づく応答予測システムの
判断のもとに建物自体の剛性を能動的に変化させ、共振
領域外または共振の少ない状態とし、建物および建物内
の機器、居住者等の安全を図った制震方法を提案してい
る。

上記の制震方法では柱，はり，ブレース，壁並びにそれ
らの接合部の全部もしくは一部、または建物と基礎ある
いは隣接する建物との間に、コンピューターの指令によ
り連結状態が変化する制御装置を設け、次のようにし
て、建物の制震を行なう。

地震の発生を建物を中心に狭域および広域に配置した
地震感知装置により感知し、観測データを有線，無線の
通信網によりコンピューターに伝達する。広域の地震感
知装置は既設の地震観測点における地震計あるいは専用
に設置したものをマイクロ回線あるいは電話回線等で結
ぶ。また狭域の地震感知装置は建物の周辺あるいは周辺
地盤内に設けた地震計や、建物基部や建物内に設置した
振動センサーからなり、風力等の影響は建物内の振動セ
ンサーで感知する。

感知した地震について、コンピューターにより地震の
規模の判断、周波数特性の分析、応答量の予測等を行な
い、建物の振動を制御すべきか否か、また制御すべき場
合の制御量について、共振をかわし、地震応答量の少な
い最適剛性（固有振動数）を与えるものとして判断を下
す。

コンピューターの指令を建物の各部の制御装置に伝
え、建物の剛性をコンピューターの予測に基づく最適剛
性となるよう制御装置を作動させる。連結状態の調整は
固定状態と連結解除状態を油圧機構、電磁石等によりオ
ン，オフで調整するものや、固定状態、連結解除状態の
外、緊張力の導入や任意の位置での固定を油圧機構ある
いは特殊合金等を用いて調整するもの等が考えられる。

また、建物内に配した振動センサーにより、建物各部に
おける応答量並びに制御を行った場合の実際の振動が検
知でき、これをフィードバックして、制御量の修正等を
行なうことができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、構造物の変形にはせん断変形成分と曲げ剛性
成分があり、従来考えられている可変剛性装置は主に前
者の変形に対して有効であった。しかし、いわゆるペン
シルビルや鉄塔のように建物の幅に比べて高さの高い、
細高い構造物においては、後者の曲げ剛性成分が卓越し
てくるため、この曲げ変形を抑制することが構造物の制
振において重要となる。

この発明はこの曲げ剛性成分を制御し、地震等の際の構
造物の安全性の向上を図ったものである。

〔課題を解決するための手段〕

以下、この発明の概要を第１図および第２図に基づいて
説明する。

この発明の可変曲げ剛性装置は、構造物の柱１より張り
出した上下の支持梁５間に、柱１に沿って、柱１と略平
行に軸部材４を設け、軸部材４と支持梁５との接合部の
少なくとも一法にジッャキ６を介在させ、柱１に対しジ
ャッキ６で軸部材４を伸縮させ、補助的に柱１の伸縮剛
性を変えることができるようにしたものである。

すなわち、地震時等にジャッキ６を作動させて、柱１の
伸縮剛性に対する軸部材４の効き具合を制御し、曲げ剛
性成分の制御の形で構造物全体の剛性を制御し、応答を
抑制しようとするものである。

なお、軸部材４は、柱１の変形に対する拘束を与える部
材であり、鋼管等の柱材、形鋼等、圧縮・引張の双方に
抵抗するものに限らず、ピアノ線、PC鋼線等からなるワ
イヤー等、引張にのみ抵抗するものでもよい。

〔作用〕

第９図に示すような細高い建物に地震等が作用すると、
第10図のような曲げ変形が生じ、建物の片側の柱１に伸
びが生じ、反対側の柱１には縮みが生じる。

この発明では、柱１と略平行に設けた軸部材４を伸縮さ
せることにより、第11図に示すように両側の柱１の伸び
および縮みを拘束することができる。

すなわち、第10図のような曲げ変形に対しては、図中右
側の柱１について軸部材４を伸長させることにより柱１
の縮みを拘束し、図中左側の柱１については軸部材４を
縮めることにより柱１の伸長を拘束することができる。
逆方向の変形についてもこれと逆の操作により、変形を
拘束することができる。

〔実施例〕

次に図示した一実施例について説明する。

第３図および第４図は具体的な実施例を示したもので、
建物における梁２の高さにおいて、支持梁５を柱１の外
側に突出させ、上下の支持梁５間に油圧ジャッキ６を介
して、鋼管からなる軸部材４を設置したものである。

構造物に作用する曲げ変形成分により柱１に圧縮力が作
用する場合には、油圧ジャッキ６を伸長させることによ
り、柱１に沿わせた軸部材４を介して上下の支持梁５間
を押し広げるような力が加わり、曲げ変形成分により柱
１に作用する圧縮力の一部が相殺され、柱１の縮みを抑
制することができる。また、柱１に引張力が作用する場
合には油圧ジャッキ６を戻すことにより、柱１に作用す
る引張力の一部が相殺され、柱１の伸びを抑制すること
ができる。この油圧ジャッキ６の制御はコンピューター
等により行われ、時々刻々入力される振動波や構造物の
変形状態に応じて、共振および過大な変形が生じないよ
うにする。

第５図は水平断面における軸部材４の配置例を示したも
ので、曲げモーメントに対しては、図のように建物の外
周に沿った柱１に軸部材４を設置するのが、効率的であ
る。鉄塔等の場合も同様に外周に沿った柱部分に軸部材
を配置することが好ましい。

どの軸部材４を効かせるか、効かせないかについては、
コンピューター等で地震動の周期成分と建物の状態を判
断し、その上で可変剛性指令を発する。

第６図〜第８図は軸部材の設置方法の一例を示したもの
で、まず建物の外周に片持ち梁形式に支持梁５を設ける
（第６図参照）。次に下側の支持梁５上に油圧ジャッキ
６等の駆動装置をセットする（第７図参照）。最後に軸
部材４を油圧ジャッキ６と上側の支持梁５との間に挟み
込みセットが完了する。

基本的な制御システムにおける制御手順の一例を述べる
と、次のようになる。

地震動の検知 地震動の分析 可変曲げ剛性指令 可変曲げ剛性装置の作動 建物曲げ剛性変化 地震動との非共振化による建物応答の低減 、においては地震動の卓越周期成分から外れた建物
周期が実現するような曲げ剛性を選択し、指令を発す
る。

またについて、具体的には第12図および第13図に示す
ように直交する２方向（X,Y方向）を独立して制御す
る。すなわち、各々の方向に対して最適な剛性を選択
し、それに応じて油圧ジャッキ、その他の駆動装置を作
動させる。第12図および第13図は建物のある階の平断面
に相当し、地震動のＸ方向の成分に対しては、第12図中
X₁,X₂列の軸部材を効かすことにより曲げモーメントM_X
に対する抵抗が増し、回転剛性が増大する。Ｙ方向も同
様に第13図中Y₁,Y₂列の軸部材を効かすことにより曲げ
モーメントM_Yに対する抵抗が増し、回転剛性が増大す
る。

〔発明の効果〕 地震等の水平外力により構造物に生じる曲げ変形成分
を、柱に沿わせた軸部材による制御により抑制すること
ができるため、特に細高い建物において構造物の過大な
変形を防止し、建物の安全を図ることができる。

他の制振構法と同様、振動外力に応じて構造物全体の
剛性を変化させ、共振を避け、地震等の影響を最小限に
抑えることができる。

柱に沿わせた軸部材によって制御するため、制御され
る柱との対応関係が明瞭であり、効率のよい制御が可能
である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の基本概念を示す概要図、第２図は制
振構造における従来の考え方を示す概要図、第３図は具
体的な実施例を示す側面図、第４図は同じく正面図、第
５図は軸部材の平面配置の一例を示す水平断面図、第６
図〜第８図は装置の設置手順を示す側面図、第９図〜第
11図は作用を説明するための概要図、第12図および第13
図は２方向制御を説明するための斜視図である。 １……柱、２……梁、３……ブレース、４……軸部材、
５……支持梁、６……ジャッキ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】構造物の柱より張り出した上下の支持梁
   と、前記柱の伸縮剛性を補助的に変化させるために前記
   支持梁間に前記柱と略平行に設置した軸部材と、前記軸
   部材と支持梁との接合部の少なくとも一方に介在し、前
   記軸部材の長手方向に伸縮可能なジャッキとからなり、
   前記ジャッキの作動により前記柱の伸縮剛性に対する前
   記軸部材の効き具合を制御可能としたことを特徴とする
   構造物の可変曲げ剛性装置。